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태양전지용 실리콘 잉곳의 슬라이싱에서 발생하는 Si분말의 불순물 분리기술

전문가 제언: ○ 태양에너지 이용은 석유, 천연가스, 석탄 등 한정된 자원의 화석연료 의존성을 줄이기 위한 새로운 에너지 개발의 중요한 방향이 되고 있다. 오늘날 태양전지의 90% 이상이 다결정이나 단결정 실리콘을 사용하고 있다. 태양전지 기판은 잉곳 제조 및 슬라이싱(slicing)을 통해 제조된다. 기판 두께는 140-220μm이며 와이어형 절단기(multi-wire sawing)로 잉곳을 수많은 얇은 기판으로 슬라이싱 하는 과정에서 약 40% 전후의 Si분말 손실(kerp loss)이 불가피하다.

○ 태양전지산업 발전과 더불어 태양전지급 실리콘(SoG-Si, Solar Grade Silicon)의 원가 부담이 심각해지고 있어 폴리실리콘 원료 소모량과 Si분말 손실을 줄이기 위한 노력이 경주되고 있다. 와이어형 절단 후 발생하는 슬러리에는 약 30wt%의 Si, 30wt%의 SiC가 포함되어 있다. 나머지는 PEG(polyethylene glycol)와 물이며 약 5wt%의 Fe와 B, P 같은 불순물이 존재한다. 슬러리 속에 존재하는 Si 순도는 6N급이기 때문에 이의 효과적인 재생은 중요하다. 특히 B, P는 캐리어(carrier) 이동도에 나쁜 영향을 미치기 때문에 제거해야 할 불순물이다.

○ 이 자료에서는 Si-rich 분말에 존재하는 Fe, B, P 불순물을 효과적으로 분리하기 위한 분산 전처리기술과 분리기술을 소개하였다. 분산 전처리 방법으로 초음파처리와 pH 조절 알칼리처리 하는 기술을 사용하였고 자력선별을 통하여 초기 5.68%인 Fe를 0.48%로 감소시키는 기술을 개발하였다. 또한 붕소(B)와 인(P) 불순물의 경우는 염산과 불산 혼합용액에서 마이크로웨이브 산 침출(microwave acid leaching) 방법으로 효과적으로 제거하는 기술을 소개하였다.

○ 국내 태양광산업의 소재 관련업체는 OCI, KCC와 같은 폴리실리콘 제조업체와 잉곳과 웨이퍼 관련업체로는 넥셀론, SKC솔믹스, 티씨케이, KCC, 오성엘에스티 등이 활동하고 있다. 태양광산업에서 폴리실리콘 가격은 절대적이라고 볼 수 있다. 원가경쟁력을 높이기 위하여 와이어형 절단에서 나오는 순도 높은 Si-rich 분말을 재사용하는 기술개발에도 힘을 기울여야 할 것이다.

저자: Suning Liu, et al.
자료유형: 니즈학술정보